噴灌沼液對茶園土壤性質及茶葉產量和品質的影響

胡振民　萬青　李歡　李勇　李榮林　楊亦揚

摘要：【目的】研究茶園土壤施用沼液效果，為提高江蘇茶葉產量和品質提供技術參考。【方法】對畜禽糞便發酵得到的沼液，按照0（對照）、51、102和153 t/ha梯度用量結合噴灌在江蘇常州市露源生態茶業有限公司良種茶場中施用，分析不同沼液施用量下茶園土壤有機質、氮磷鉀和重金屬含量及春茶產量、品質等指標的變化情況。【結果】隨著沼液施用量的增加，茶園土壤pH逐漸降低但仍在茶樹生長適宜的pH范圍（4.5～6.0）內，有效態的鉀、鈣、鎂、錳、鋅和鋁等元素含量呈下降趨勢，土壤有機質和全氮含量未有顯著變化（P>0.05，下同）。在153 t/ha沼液施用量下，春茶發芽密度、百芽重和產量均顯著升高（P<0.05，下同），分別較對照提升77.78%、8.79%和93.40%;施用沼液后，茶葉全氮含量顯著升高，游離氨基酸總量在153 t/ha沼液施用量下顯著升高，茶葉茶多酚總量下降10.49%～14.65%，酚氨比顯著下降。施用沼液對春茶中大量元素磷、鉀、鈣、鎂和微量元素含量未有顯著影響（除錳含量顯著下降外）。同時，沼液施用后土壤和春茶中的鎘、鉻、銅、鉛等重金屬含量均在安全范圍內。【結論】在茶園中施用沼液，能提升春茶產量和品質，同時保證土壤和茶葉重金屬含量安全;但由于單獨施用沼液會造成土壤中鉀虧損，因此在實際生產中建議通過沼液和鉀肥配施以補充鉀元素。

關鍵詞： 茶園;沼液;噴灌;品質;產量

中圖分類號： S571.106 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）11-2757-07

Effects of sprinkler irrigation with biogas slurry on tea garden soil and tea yield

HU Zhen-min1， WAN Qing1， LI Huan1， LI Yong2， LI Rong-lin1， YANG Yi-yang1*

（1Institute of Leisure Agriculture， Jiangsu Academy of Agriculture Sciences/Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement， Nanjing ?210014， China; 2Agricultural and Rural Bureau of Jintan District，

Changzhou City， Changzhou， Jiangsu ?213200， China）

Abstract：【Objective】The effect of biogas slurry on tea garden soil was studied to provide technical reference for improving tea yield and quality in Jiangsu. 【Method】Biogas slurry was obtained by fermentation of livestock and poultry manure. Sprinkler irrigation was applied in tea garden of according to the gradient dosage of 0（control）， 51， 102， 153 t/ha in Luyuan Ecological Tea Co.， Ltd.， Changzhou， Jiangsu. The changes of soil organic matter， nitrogen， phosphorus， potassium， heavy metals， yield and quality of spring tea under different biogas slurry application rates were analyzed. 【Result】With the increase of biogas slurry application dosage， the soil pH of tea garden decreased gradually， but it was still in the suitable pH range（4.5-6.0） for tea plant growth. Available K， calcium， magnesium，manganese， zinc and aluminium ?decreased， while the contents of soil organic matter and total N did not change significantly（P>0.05， the same below）. Under the application rate of 153 t/ha biogas slurry， the germination density， 100-bud weight and yield of spring tea were significantly increased by 77.78%， 8.79% and 93.39% compared with the control， respectively（P<0.05， the same below）. The content of total N content in tea leaves increased significantly， and the content of total free amino acids in tea leaves increased significantly under 153 t/ha biogas slurry application， polyphenols in tea leaves decreased by 10.49%-14.65%，and polyphenol-amino acid ratio significantly decreased. ?The application of biogas slurry had no significant effect on the contents of phosphorus， potassium， calcium， magnesium and trace elements in spring tea（except manganese content significantly decreased）. At the same time， the contents of cadmium， chromium， copper， lead and other heavy metals in soil and spring tea were within the safe range after biogas slurry application. 【Conclusion】The application of biogas slurry in tea garden can improve the yield and quality of spring tea， and ensure the safety of heavy metal content in soil and tea. The application of biogas slurry alone will cause potassium loss in the soil， so the combined application of biogas slurry and potassium fertilizer should be used to supplement potassium in actual production.

Key words： tea garden; biogas slurry; sprinkling irrigation; quality; yield

Foundation item： Jiangsu Modern Agriculture（Tea） Industrial Technology System Construction Project（JATS〔2020〕243）; Jiangsu Agriculture Science and Technology Innovation Project[CX（16）1045]; Changzhou Science and Techno-logy Support Project（CE20192026）

0 引言

【研究意義】茶樹是我國丘陵地區重要的經濟作物，江蘇省茶葉產業以量少、質精、高效在全國茶葉產業中獨具特色，是我國名優綠茶的重要產區之一。茶樹以葉片為收獲對象，對肥料需求較大，生產中推薦有機肥與無機肥配施，可兼顧滿足茶葉產量和培育茶園土壤肥力的需要，促進生態系統可持續發展（吳志丹等，2015;伊曉云等，2018）。江蘇省內規模養殖場產生大量畜禽排泄物，經厭氧發酵產生的副產物沼液，其有效營養豐富，可利用率高，養分能迅速被作物吸收利用，對促進作物生長有顯著作用。將沼液作為有機肥在茶園中使用，不僅使廢棄物得到資源化利用，減少環境污染，還能解決茶園肥源，實現種養業有機結合，促進生態循環發展（蔡雪雄，2014;程軍，2015）。因此，研究茶園土壤施用沼液效果，對提高江蘇省茶葉產量和品質具有重要意義。【前人研究進展】沼液在不同作物中施用已取得良好的成效。蘋果園單施沼液或沼液配施鉀肥，能降低土壤容重、增加孔隙度及堿解氮和有效鉀含量，同時增加土壤微生物數量，改善果實品質（李丙智等，2010）。豬糞沼液在玉米種植中50%替代化學肥料施用，可獲得與化肥處理相同的玉米產量及品質（吳華山等，2012）。沼液施用對桑樹（王介平等，2016）、小麥、西瓜（魏章煥等，2016）和油葵（王旭等，2018）等不同作物的產量或品質也具有不同程度的提升作用。董晶晶等（2017）在水稻中以全沼液替代化肥施用，能有效促進水稻分蘗，增加產量;彭廷等（2018）在綠色稻米生產中也發現不同有機肥種類中沼液更有利于經濟效益的提高和培肥地力。現有研究針對沼液在茶園中的施用，總結了一些施用技術模式，如通過溝施（任華等，2008）、滴灌（陳永明和田媛，2012;彭光貴，2014）、根灌（姚雍靜等，2012）、葉面噴施（陳洪亮等，2016;董小紅和陳洪亮，2016）等方式進行，其中茶樹葉面沼液噴施不僅能提高茶葉產量和品質，還能減少化肥農藥施用量，降低茶園管理成本，是目前使用較多的施用方式。貴州省的“豬—沼—有機茶”集成技術模式能提高土壤肥力、茶葉產量和品質（羅顯揚等，2010）;茶園滴灌沼液能提高茶樹對氮、磷的吸收利用率，提高土壤中有效磷含量，維持銨態氮含量（陳永明和田媛，2012）;茶樹根灌施沼液后能促進茶樹對硒元素的吸收，增加茶葉硒含量（姚雍靜等，2012）;茶園土壤施用沼液能抑制土壤重金屬鉛的生物活性和生物有效性（劉術新等，2017）。【本研究切入點】目前，已有學者對紅壤區茶園單施沼液用量（任華等，2008;劉紅梅等，2014）、沼液+復合肥混施（詹錫根，2013）等進行研究，但關于江蘇茶園中沼液施用量及模式的研究未見報道。【擬解決的關鍵問題】在江蘇省茶園中噴灌不同用量沼液，探究其施用模式、最適消納量和安全性對茶園土壤基本理化性質、春茶產量及品質的影響，為江蘇茶園合理高效施用沼液提供科學依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗地設在江蘇常州市露源生態茶業有限公司良種茶場，茶樹品種為烏牛早，樹齡15年，供試土壤為黃棕壤。試驗前茶園土壤基礎理化性質：pH 5.07，有效磷含量155.2 mg/kg，有效鉀含量416.0 mg/kg，有機質含量16.5 g/kg，全氮含量1.07 g/kg。試驗用沼液含氮量為0.062%。通過沼液車抽取運至茶園儲液池并添加0.83 kg/t硫酸鉀粉末，施用前按照沼液∶水=1∶4比例進行稀釋。

1. 2 試驗設計

茶園試驗共設4個處理，分別為對照（CK）、T1、T2和T3處理，CK的小區面積為0.13 ha，其余處理各小區面積為0.33 ha。各處理的沼液施用量及對應氮素養分含量見表1。沼液以管道噴灌的方式分4次施用，分別在春季采摘修剪后作追肥（2017年5月上旬、中旬）、秋季作基肥（2017年11月中旬、下旬），每次為1/4總用量，噴完沼液后再噴0.5 h清水（約19.13 t/ha）清洗葉面沼液。各試驗小區春季采茶前20 d統一施用尿素225 kg/ha，病蟲害及雜草防治均按當地管理方式進行。

1. 3 樣品采集

1. 3. 1 土壤樣品采集 于2018年9月取0～20 cm表層土壤樣品，茶行中間施肥區隨機多點混合取樣，每小區取4份土樣，風干、磨碎、過篩備用。

1. 3. 2 茶葉樣品采集 于2018年3月30日進行春茶采摘，調查記錄茶葉產量，取長度2 m茶行一芽一葉產量，換算成每公頃茶園產量，并用隨機樣框法（0.1 m×0.1 m）測定新梢發芽密度。各小區茶葉鮮葉，微波殺青后，帶回實驗室置于烘箱中75 ℃烘干至恒重，干燥樣品粉碎過篩，密閉保存用于后續分析。

1. 4 測定項目及方法

用水浸提電位法測定土壤樣品pH;土壤樣品有效磷和有效鉀等元素含量以Mehlich 3試劑浸提后采用ICP測定;土壤重金屬鉛、鎘、鉻和銅含量分別參照GB/T 17141—1997《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》、HJ 491—2019《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》進行測定;用Vario Max CN碳氮分析儀（Ele-mentar公司，德國）測定土壤和茶樣的全氮和全碳含量;有機質含量=全碳含量×1.724。品質成分測定方法：稱取100 mg茶葉干樣研磨均勻，加入5.0 mL水，100 ℃加熱5 min，吸取浸提液;茶多酚總量用酒石酸鐵比色法（GB/T 8313—2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》）測定，游離氨基酸總量用茚三酮比色法（GB/T 8314—2002《茶 游離氨基酸總量測定》）測定。茶葉中其他元素含量測定方法：稱取1.0 g茶葉干樣研磨均勻，馬弗爐干灰化后加入6 mol/L HCl溶解定容，用ICP進行測定。

1. 5 統計分析

采用Excel 2016和SPSS 18.0對測得的樣品數據進行統計分析。

2 結果與分析

2. 1 沼液施用對茶園土壤養分含量的影響

由表2可知，隨著沼液施用量的增加，茶園土壤pH逐漸下降，在最高沼液施用量（T3處理）下，土壤pH雖顯著低于CK、T1和T2處理（P<0.05，下同），但仍在茶樹生長適宜的pH范圍（pH 4.5～6.0）內;各處理間土壤有機質及全氮含量無顯著差異（P>0.05，下同）;土壤有效鉀含量總體上隨著沼液施用量的增加而下降，其中，T1、T2和T3處理的土壤有效鉀含量分別較CK顯著降低10.00%、31.43%和31.52%;T2處理的土壤有效磷含量較CK顯著升高34.79%，而T1和T3處理的土壤有效磷含量分別下降16.30%和23.73%。

由表3可知，施用沼液后土壤中有效態的鈣、鎂、錳、鋅和鋁等元素含量均隨沼液施用量的增加呈下降趨勢，而有效鐵含量隨沼液施用量的增加呈先升高后又下降的變化趨勢。重金屬鎘、鉻、銅和鉛含量隨沼液施用量的增加逐漸下降或維持在同一個水平，且在國家限量標準GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》范圍內（表4）。

綜上所述，隨沼液施用量的增加茶園土壤pH逐漸降低，土壤有機質和全氮含量未有明顯變化;部分有效態元素，包括有效態鉀、鈣、鎂、錳、鋅和鋁等元素含量在沼液施用后下降，土壤重金屬含量在安全范圍內。因此，沼液施用導致的土壤pH下降可能影響了土壤有效態磷、鉀、鐵和鋁等元素含量。

2. 2 沼液施用對春茶各元素含量的影響

在施用沼液后，春茶中全氮含量顯著升高，其他大量元素磷、鉀、鈣和鎂含量未見顯著變化，微量元素錳含量在施用沼液后呈下降趨勢，其他微量元素均無顯著變化（表5）;同時，根據GB 2762—2005《茶葉重金屬含量限量指標》和NY 659—2003《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》，沼液施用后茶葉重金屬含量包括鎘、鉻、銅和鉛的含量未見顯著升高，且均在國家標準限量安全范圍內（表6）。

2. 3 茶園施用沼液對茶葉產量和品質成分的影響

本研究于2018年4月完成春茶采樣工作，在153 t/ha沼液施用量下，春茶發芽密度、百芽重和產量均顯著升高，分別較CK提升77.78%、8.79%和93.40%（表7）。在51、102和153 t/ha沼液施用量下，茶多酚總量分別下降14.65%、11.77%和10.49%，但未達顯著差異水平;在153 t/ha施用量下，游離氨基酸總量顯著升高（9.55%）;各沼液施用量下茶葉中酚氨比均較CK顯著降低（表8）。綜合上述結果可知，茶園中沼液在最大施用量153 t/ha下效果最好，能提高茶園春茶產量、發芽密度和百芽重，同時春茶全氮和游離氨基酸總量升高、茶多酚總量下降，茶葉品質得到提高。

3 討論

茶園土壤存在養分供應能力低且不平衡、有機質缺乏等主要營養障礙因子（韓文炎等，2002）。沼液含有氮、磷及有機質等營養物質，在茶園中施用能提高茶葉產量，改善茶葉內在品質（董小紅和陳洪亮，2016;任華等，2016），沼液連續澆灌后茶園土壤重金屬鉛的生物活性和生物有效性均降低（劉術新等，2017），說明沼液是一種優質安全的有機肥。在茶園中施用沼液不僅能有效消納畜禽養殖排泄物，還能提高茶園土壤肥力、提升茶葉產量及品質。

茶樹是喜酸作物，但并非土壤pH越低茶樹生長越好，適宜茶樹生長的pH為4.5～6.0，受自然和人為因素的影響，長期以來我國茶園土壤酸化日趨嚴重（廖萬有，1998）。土壤酸化會導致土壤肥力下降及一些重金屬元素含量上升，影響茶葉的產量和品質（楊向德等，2015）。魏章煥等（2016）、王旭等（2018）分別在水稻和鹽堿地油葵種植中施用沼液后，發現土壤pH也有所降低，與本研究沼液施用后pH降低結果相符。本研究中隨沼液施用量增加土壤pH逐漸降低，可能是因為沼液中含有大量氮素等養分，土壤中植物根系和微生物吸收這些養分的同時釋放質子，導致土壤pH下降。

農田中施用沼液能提高土壤氮磷鉀含量，供給作物生長養分需求（陳永明和田媛，2012;魏章煥等，2016）。而本研究中，隨茶園沼液施用量增加，土壤中有效態鉀含量在沼液施用后降低，土壤全氮和有機質含量未發生顯著變化。土壤中有效鉀含量下降，可能是由于短時間內沼液用量較大，超出茶園土壤所能吸納的量，多余部分沼液通過徑流損失（唐華等，2011）;本研究中沼液噴施結束后的清水沖洗過程，也會加重沼液徑流損失。茶樹對氮素的吸收會導致土壤pH下降，而文獻報道土壤pH與有效磷含量呈負相關（師剛強等，2009），故本研究中土壤pH下降可能導致有效磷含量降低。土壤有機質的改變需要時間累積，本研究中剛開始噴施沼液1年，后期繼續施用土壤有機質可能會有所改變;而由沼液帶入土壤的氮被茶樹吸收利用及揮發、反硝化作用而損失，導致土壤中全氮數量并未顯著增加。在成都平原水稻土中施用沼液后土壤有效磷含量下降，同時單施沼液難以滿足土壤磷鉀元素的平衡，需要磷鉀肥配施才能達到理想的效果（羅偉等，2019）。后續在茶園中施用沼液，也應考慮配施復合肥，以補償茶園土壤養分虧損，滿足茶樹生長需要。

茶葉全氮含量在沼液施用后顯著升高。茶葉氮積累量是影響其年產量的主要影響因子之一（李俊強等，2019）。本研究中，沼液施用量為153 t/ha時，茶園春茶產量、發芽密度和百芽重提高，新葉中游離氨基酸總量升高、茶多酚總量和酚氨比下降，與沼液施用后春茶中全氮含量升高相一致。游離氨基酸和茶多酚是茶葉中的主要品質成分，適當的施肥結構能促進茶樹生長和提高茶葉品質（李靜和夏建國，2005;吳志丹等，2015）。在茶園中施用沼液，也能夠提高茶葉氨基酸含量（蔡雪雄，2014），同時降低茶葉酚氨比（王東輝等，2014）。本研究中，最大沼液施用量下春茶產量和品質均得到提高，可能與沼液施用為茶樹提供大量的氮或者其他未知活性物質有關，但具體作用機理有待進一步探究。

畜禽糞便發酵后，重金屬主要存留在沼液渣中，沼液中重金屬含量較少（王琳等，2010）。本研究中茶園沼液噴灌主要是吸取上清液進行噴灌，并結合清水淋洗，茶園土壤和茶葉的重金屬含量均在安全范圍之內，但若長期施用，重金屬有可能逐漸累積，仍有必要對茶園沼液施用效果進行長期監測。

4 結論

在茶園中施用沼液，能提升春茶產量和品質，同時保證土壤和茶葉重金屬含量安全;但由于單獨施用沼液會造成土壤中鉀虧損，因此在實際生產中建議通過沼液和鉀肥配施以補充鉀元素。

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（責任編輯 鄧慧靈）

收稿日期：2019-08-28

基金項目：江蘇現代農業（茶葉）產業技術體系建設專項（JATS〔2020〕243）;江蘇省農業科技自主創新項目[CX（16）1045];常州市科技支撐項目（CE20192026）

作者簡介：*為通訊作者，楊亦揚（1983-），博士，副研究員，主要從事茶樹生理與營養研究工作，E-mail：yangyiyang_yyy@126.com。胡振民（1986-），博士，主要從事茶樹栽培與茶園土壤養分管理研究工作，E-mail：hzm861@sina.com